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風力發(fā)電控制系統(tǒng)
發(fā)布時間：2015-08-04 18:01
風力發(fā)電機控制系統(tǒng)
風力發(fā)電機由多個部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個部分，相當于風電系統(tǒng)的神經。因此控制系統(tǒng)的好壞直接關系到風力發(fā)電機的工作狀態(tài)、發(fā)電量的多少以及設備的安全。目前風力發(fā)電亟待研究解決的的兩個問題：發(fā)電效率和發(fā)電質量都和風電控制系統(tǒng)密切相關。對此國內外學者進行了大量的研究，取得了一定進展，隨著現代控制技術和電力電子技術的發(fā)展，為風電控制系統(tǒng)的研究提供了技術基礎。
控制系統(tǒng)的組成
風力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標分為三個層次：這就是保證風力發(fā)電機組安全可靠運行，獲取最大能量，提供良好的電力質量。
控制系統(tǒng)組成主要包括各種傳感器、變距系統(tǒng)、運行主控制器、功率輸出單元、無功補償單元、并網控制單元、安全保護單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。
具體控制內容有：信號的數據采集、處理，變槳控制、轉速控制、自動最大功率點跟蹤控制、功率因數控制、偏航控制、自動解纜、并網和解列控制、停機制動控制、安全保護系統(tǒng)、就地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。當然對于不同類型的風力發(fā)電機控制單元會不相同?？刂葡到y(tǒng)結構示意圖如下：
針對上述結構，目前絕大多數風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)都采用集散型或稱分布式控制系統(tǒng)(DCS)工業(yè)控制計算機。采用分布式控制最大優(yōu)點是許多控制功能模塊可以直接布置在控制對象的位置。就地進行采集、控制、處理。避免了各類傳感器、信號線與主控制器之間的連接。同時DCS現場適應性強，便于控制程序現場調試及在機組運行時可隨時修改控制參數。并與其他功能模塊保持通信，發(fā)出各種控制指令。目前計算機技術突飛猛進，更多新的技術被應用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設備，目前功能上有較大提高。很多廠家也開始采用PLC構成控制系統(tǒng)?，F場總線技術(FCS)在進入九十年代中期以后發(fā)展也十分迅猛，以至于有些人已做出預測：基于現場總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。
控制系統(tǒng)技術
風力發(fā)電系統(tǒng)中的控制技術和伺服傳動技術是其中的關鍵技術，這是因為自然風速的大小和方向是隨機變化的，風力發(fā)電機組的并網和退出電網、輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運行過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。同時，風力資源豐富的地區(qū)通常都是邊遠地區(qū)或是海上，分散布置的風力發(fā)電機組通常要求能夠無人值班運行和遠程監(jiān)控，這就對風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)的自動化程度和可靠性提出了很高的要求。
與一般工業(yè)控制過程不同，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。它不僅要監(jiān)視電網、風況和機組運行參數，對機組運行進行控制。而且還要根據風速與風向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以提高機組的運行效率和發(fā)電量。
由于變距風力發(fā)電機組在額定風速以下運行時的效果仍不理想，到了20世紀90年代中期，基于變距技術的各種變速風力發(fā)電機組開始進入風電場。變速風力發(fā)電機組的控制系
整個控制系統(tǒng)可分為：轉速調整單元、有功功率調整單元和電壓調整單元(無功功率調整)。它們分別接受風速和轉速，有功功率、無功功率指令，并產生一個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機既可調節(jié)有功功率，又可調節(jié)無功功率，有風時，機組并網發(fā)電;無風時，也可作抑制電網頻率和電壓波動的補償裝置。
雙饋電機應用于風力發(fā)電中，可以解決風力機轉速不可調。機組效率低等問題。同時，由于雙饋電機對無功功率、有功功率均可調，對電網可起到穩(wěn)壓。穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質量。與同步機交一直一交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量小(一般為發(fā)電機額定容量的10%～20%左右)、重量輕的優(yōu)點。但這種結構也還存在一些問題，如控制電路復雜一些，不同的控制方法效果有一定差異。另外該結構比其他結構更容易受到電網故障的影響。目前國內有多家開發(fā)成功雙饋電機控制系統(tǒng)，如蘭州電機有限責任公司與清華大學、沈陽工業(yè)大學合作研制的兆瓦級變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)控制設備，采用全數字化矢量控制方法。中科院電工研究所研制的兆瓦級變速恒頻風電機組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用IGBT技術、雙PWM雙向可逆變流控制。